JPH0429459B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鋳片を鋳型で連続鋳造する際に、鋳
型を支持する梁を振動させる連続鋳造方法に関す
る。

（従来の技術） 連続鋳造法では、鋳片と鋳型の摩擦を軽減させ
て鋳片の焼付あるいはブレークアウト事故を防止
することが必要である。そこで、鋳型と鋳片の間
の摩擦を軽減するために鋳型を上下に振動させな
がら鋳造する、いわゆる鋳型振動方式の連続鋳造
が行われている。

第６図と第７図は、鋳型振動方式の連続鋳造方
法を実施するために用いる連続鋳造設備の一部を
示す。図中、４は鋳型であり、その下部外周に設
けた給水フレーム５等と共に振動梁２に支持さ
れ、かつ、該振動梁２はその端部を架台７に振動
支点６で回転自在に支持される。一方、その他端
を架台７の基板に設けた電気油圧サーボ装置８の
加振シリンダ１に接続される。鋳型４を含む梁２
の振動系が該加振シリンダ１の作動で架台７に対
して支点６を中心に振動ガイド３を介して振動さ
れる。上記の電気油圧サーボ装置８の駆動は、制
御回路（図示せず）で制御されるが、該制御回路
は、振動周波数と振動振幅の設定を夫々別個に制
御できるようにしている。

鋳型振動方式の連続鋳造においては、鋳型の振
動波形としては一般にサインカーブ（ｓ／２）×
sin（2π〓）が用いられる。従つて、鋳型の速度ｖ
はπsf（2π〓）である。ここに、ｆは加振周波数、
ｓは振動のストロークである。そして、第８図に
示すように、鋳型の最大下降速度πsfが鋳片の引
抜速度v_cより大きくなる様に設定されている。よ
り詳細には、鋳型の下降速度ｖと鋳片の引抜速度
v_cとの関係は、ネガテイブストリツプ時間率、す
なわち、鋳型の下降時間t_pに対する鋳型の下降速
度が鋳片の引抜速度より大きくなる時間t_oの割合
（t_o／t_p×100）が50〜85％の範囲内にある様に設
定されている。ネガテイブストリツプ時間率は、
鋼種、使用フラツクスの種類、溶鋼の温度などに
より決定される。

ネガテイブストリツプ率が低いと、次に第１２
図ａ〜ｅにより説明するようにブレークアウトが
発生する。第１２図ａの左側に示すように、凝固
シエル１７が鋳型１６に付着して成長するとき、
第１２図ａの右側に示すように、溶鋼表面部分の
温度Ｔの方が、大気にさらされているため鋳型内
部の部分の温度より低くなる。従つて、第１２図
ｂに示すように、ネガテイブストリツプ率が低い
と、溶鋼１５と鋳型１６との接触時間が長く、大
きな凝固シエル１７が成長し、鋳型１６に強く付
着する。次に第１２図ｃに示すように、鋳型振動
により、溶鋼表面直下の高温で柔らかい部分で凝
固シエルが破断する。さらに、第１２図ｄに示す
ように、鋳型１６に付着した部分１７′が成長す
る一方、下側部分１７″は下に落ちていく。第１
２図ｅに示すように、下側部分１６″が鋳型１６
の下まで落ちたところで、溶鋼１５が側方に流出
し、ブレークアウト事故が発生するのである。な
お、ネガテイブストリツプ率を85％以上に設定し
ないのは、鋳型のような重量物を素早く振動させ
るのは機構上困難であるからである。

（発明の解決すべき問題点） 従来行われている具体的な振動の条件は、加振
周波数を１〜1.5Hz、振動の振幅を６〜10mmと設
定している。このような低加振周波数条件で鋳造
した場合は、第９図ａ，ｂに示すように、鋳片１
１の表面にオツシレーシヨンマーク１２，１２，
…や、正偏析１３，１３，…や負偏析１４，１
４，…の組織欠陥が発生する。前者は、溶鋼１５
のメニスカス部で鋳型下降時に鋳型１６により凝
固シエル１７が変形することにより生じる。正偏
析１３，１３，…は、変形時にデンドライト組織
から流失する不純物濃度の高い溶鋼により生じ、
負偏析１４，１４，…は、その結果凝固シエル１
７の内層に生じると考えられる。この正・負偏析
の不良組織は、オツシレーシヨンマーク１２，１
２，…の谷部に発生し、微小割れの原因となる。
また、溶鋼１５の表面に存在する溶鋼スラグ１８
や粉状スラグ１９からのパウダーの捲込等が発生
する。

オツシレーシヨンマーク谷部に発生したオツシ
レーシヨン欠陥は表層２mm以内に多発し、鋳片を
無手入のまま例えば板に圧延したばあい、該欠陥
は酸洗ムラパターンやヘゲ疵となり、鋼板の表面
性状を著しく害する。そこで従来は中間成品段階
でこれらの欠陥を研削除去しているが、これは手
入費用の増大、歩留の低下等のため膨大なコスト
高となつていた。

一般に、鋳片のオツシレーシヨンマーク欠陥の
発生率（％）と加振周波数（Hz）との関係を求め
ると、第１０図に示す様になり、加振周波数を上
げるとオツシレーシヨン欠陥の発生率が低下する
ことが分かつている。

ところで、振動系において鋳型を支持する梁の
振動には固有振動数が存在する。このため、第１
図に示す例におけるように、梁の応答倍率は固有
振動数（第１図中において18Hz）の近傍で著しく
増大する。したがつて、加振周波を増加させてい
くとき、加振周波数が18Hz附近の共振域に近づく
と、鋳型を支持する梁が共振により大きく振動す
る。この振動は、鋳片の引抜方向と同じ方向の成
分だけでなく他の方向の成分も含むので、第１１
図に示すように、鋳型の速度がふらつき、鋳造が
不安定化する。鋳型の下降速度Ｖが鋳片の引抜速
度（−V_c）より大きくなる時間t_o″がt_oより小さ
くなり、ネガテイブストリツプ時間率（t_o″／t_p）
に共振が影響して不安定になり、先に第１２図ａ
〜ｅで説明したように、ブレークアウトの事故が
発生する。

本発明者らは、この問題を解決するため、特開
昭58−148054号公報において、梁の固有振動数の
1.5倍以上の高加振周波数（たとえば、30Hz）で
の鋳型振動方式での連続鋳造方法を開示した。こ
の方式では、オツシレーシヨンマークの発生を０
に抑えることができる。しかし、この方式の欠点
は、高周波数で加振する加振機が、負荷の加速力
成分が大きくなるので大容量となり、高価になる
ことである。また、運転費も高い。

本発明の目的は、表面品質のすぐれた鋳片を製
造することができる鋳型振動方式の連続鋳造方法
を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る連続鋳造における鋳型振動方法
は、鋳型の加振周波数が梁の固有振動数の（2/3）
の振動数と５Hzとの間の範囲内にかつこの範囲内
にある共振域を避けて設定されることを特徴とす
る。

（作用及び発明の効果） 連続鋳造において、梁で支持された鋳型を上下
に振動して鋳型と鋳片の間の摩擦を軽減する。

ここで、鋳型の加振周波数が梁の固有振動数の
方向に増加する場合、オツシレーシヨン欠陥の発
生率が低下する。しかし、梁が共振により大きく
変動し、鋳造が不安定になるという問題がある。
実操業の経験より、加振周波数が梁の固有振動数
fcの2/3（12Hz）以下では、この問題はないこと
がわかつた。ところで、鋳型を支持する梁の固有
振動数は、設備の大きさと構造が異なつていても
相似している。そこで、加振周波数の上限を梁の
固有振動数の（2/3）の振動数とした。

また、鋳型の加振周波数が低下すると、オツシ
レーシヨンマークの深さが深くなつていく。
100μｍ以上の深さのオツシレーシヨンマークが
存在すると、欠陥を研削除去する余分な工程が必
要となる。実操業の経験より、加振周波数が５Hz
より小さくなると100μｍより深いオツシレーシ
ヨンマークが急激に増加することがわかつた。そ
こで、鋳型の加振周波数の下限を５Hzとした。

なお、加振周波数の上限を下限の間の範囲内で
も、共振域を避けて加振周波数を設定し、梁の共
振を避ける。

本発明により、オツシレーシヨンマークの深さ
を100μｍ以下に抑えて、梁の固有振動数以下の
高加振周波数での鋳型振動の下で鋳片を安定して
連続鋳造することができる。

従来の低加振周波数での鋳型振動の場合と異な
り、表面処理工程が不要になる。

また、従来の梁の固有振動数以上の高加振周波
数での連続鋳造の場合に比べ、加振装置が小型化
でき、加振装置のコストは約1/2になる。

（実施例） 以下、添付の図面を用いて本発明の実施例を説
明する。

鋳型振動方式での連続鋳造において発生するオ
ツシレーシヨンマークは、深さが100μｍ以下で
あれば鋳片手入れが不要であり、後工程の圧延工
程等により除去できるので、問題はない。しか
し、100μｍ以上になると、後工程で除去できず
に残り、製品の表面性状が低下するという問題が
発生する。したがつて、生産工程としては、オツ
シレーシヨンマークの深さを100μｍ以下に抑え
ることが極めて望ましい。

オツシレーシヨンマーク１２は、第９図ａ〜ｃ
からわかるように、鋳型１６の表面に成長した凝
固シエル１７（第９図ａ）が、第９図ｂに示すよ
うに、凝固シエル１７を鋳型下降により表面から
剥離され、その後、第９図ｂに示すように凝固シ
エルの先端部１７′が溶鋼１５の内に入り込むこ
とにより生じる。したがつて、加振周波数が低い
ほどストローク（第９図ｃ）が長く、オツシレー
シヨンマーク１２の深さが深くなるのである。

第２図は、鋳片の断面サイズ150mm平方の垂直
連鋳機（第１図に示す応答倍率を有する）におい
て、加振周波数を変化させて各周波数におけるオ
ツシレーシヨンマークの深さを実測することによ
り作成したグラフである。第２図は、３種の潤滑
剤を用い、種々の引抜速度v_cで鋳造した場合のデ
ータを図示している。第２図のデータより明らか
なように、加振周波数が５Hz以上であれば、オツ
シレーシヨンマークの深さを100μｍ以下に抑え
ることができることがわかる。したがつて、鋳片
手入れを不要とするため、加振周波数を５Hz以上
にするのである。また、第２図中において中間の
測定値がない部分は、共振による激しい振動で測
定することができなかつた領域である。

一方、加振周波数を増していくと、梁の固有振
動数近傍の共振域では冒頭に記したように、梁の
共振によりネガテイブストリツプ時間率が影響さ
れ、鋳造が不安定化する。本発明者等は、実操業
の経験より梁の固有振動数fc（18Hz）の1/1.5の周
波数（12Hz）以下であれば、問題がないことを見
出した。また、設備の大きさや構造によつてその
固有振動数fcは異なるものの、鋳型を支持する梁
の加振に対する応答特性（第１図の応答曲線）
は、設備の大きさや構造が異つても相似である。
そこで、加振周波数は梁の固有振動数の2/3以下
であると、鋳造の不安定化が防止できる。したが
つて、第１図に示すように、好ましい加振周波数
の範囲は、共振準安定域である領域である。但
し、この領域内にも、狭い範囲の共振点（第１図
の６Hz近傍ａと９Hz近傍ｂ）が存在するので、加
振周波数は、これらの共振点ａ，ｂを避けて設定
すればよい。なお、第１図に参考のために示す抵
周波数域（０〜３Hz）と梁の固有振動数より高
周波数側の高周波数域とは、従来、鋳型振動方
式の連続鋳造において採用されている共振安定域
であり、領域と領域の間の領域が固有振動
数fcを含む共振領域である。本発明に係る鋳型振
動方法においては、鋳型は、低周波数域と高周
波数域との間の中間周波数域内の周波数で
（ただし、中間周波数域内の共振域ａ，ｂを避
けて）加振される。

ところで、鋳造途中で鋳造速度を変化するとき
も、ネガテイブストリツプ時間率の比率を設定値
に維持させねばならない。この場合、鋳型振動の
振幅を制御する方法と加振周波数を制御する方法
とがある。電気油圧サーボ装置で加振する場合、
どちらの方法でも採用できる。鋳型振動の実際を
考えると、加振周波数を制御する方法の力が適応
性が高い。ただし、この方法により鋳造速度の変
化に対して加振周波数を変化させる場合、ネガテ
イブストリツプ時間率を所定の値に保つかまたは
変化させるようにすると加振周波数が共振域ａ，
ｂ内の周波数になるときは、加振周波数をこの共
振域ａ，ｂの直下の周波数に定めることにし、共
振域ａ，ｂを避ける。

第３図に示す例においては、引抜速度の変化
（v_c→v_c′）に対応して加振周波数を変化させて、
ネガテイブストリツプ時間率が調整されている
（t_o／t_p→t_o／t_p′）。ここで、鋳型振動のストロー
クは一定に保たれている。

第４図は、加振周波数と鋳造速度との関係の一
例として、加振周波数−鋳造速度比例制御方式の
場合の関係を示す。この方式においては、加振周
波数は、加振周波数領域（５〜12Hz）において
鋳造速度に一次に変化させる。ただし、この中間
周波数域内に二箇所に存在する共振域ａ，ｂ内の
周波数では加振しないようにする。

また、鋳型の振幅を制御してネガテイブストリ
ツプ時間率を所定の値に保つ方法においては、第
５図ａ，ｂのように連続鋳造が行われる。ここ
で、鋳型及び該鋳型を含む梁の振動系を中間周波
数域内の共振域を越えた高い周波数で振動する
には、上記の振動系をその周波数が問題となる共
振周波数を越えた高い周波数に到達する迄の間
は、当該振動の振幅を極小さく、出来れば零に設
定すれば、加振周波数が必要な高い周波数に到達
する迄の間に問題になる共振周波数を通つても当
該振動系が共振して種々のトラブルを誘起するよ
うなことはない。したがつて、第６図と第７図と
に示す連続鋳造装置において、鋳型の振動の起動
時は、梁２の振動系に電気油圧サーボ装置８で加
振シリンダ１に与える振動は、先ず加振周波数の
みを０から希望する所定の高い周波数まで上げて
のち、電気油圧サーボ装置が振動系に与える振動
の振幅を０から希望する所定の振幅に到達するよ
うに上昇させるものである。いいかえると、梁の
振動系は制御回路の制御で、先づ周波数を上げ、
次に振幅を上げる２段の工程をとり加振される。

したがつて、たとえば第５図ａに示す如く、鋳
片の引抜速度が、時間を追つて、鋳造開始時t₁で
は０で、引抜開始時t₂より設定引抜速度時t₃まで
加速されて、速度ダウン指示時t₄までは一定で行
われ、該t₄より頭カタメ時t₅では０になる。さら
に再引抜時t₆から鋳片鋳型通過時t₇まで引抜速度
が加速される場合に、電気油圧サーボ装置８で加
振シリンダ１により鋳型４を支持する振動梁２に
与えられる振動は、第５図ｂに示す如く、t₁で振
動の周波数を０から直ちに所定の周波数、例えば
８Hzまで上げて、それ以後この８Hzを維持させ
る。一方、該振動の振幅をt₁では０とし、t₂より
順次上げてt₃で所定の振幅、例えば1.5mmに達し
てt₄迄1.5mmの振幅を維持し、t₄より下げてt₅で０
とし、またt₆より上げてt₇で2.2mmに到達させるよ
うにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳型の加振周波数に対する梁の応答
を示すグラフである。第２図は、オツシレーシヨ
ンマークの深さと加振周波数の関係を示す実測デ
ータのグラフである。第３図は、鋳片引抜速度の
変化の際のネガテイブストリツプ時間率の調整を
示すグラフである。第４図は、加振周波数−鋳造
速度比例制御方式における加振周波数と鋳造速度
との関係を示すグラフである。第５図ａ，ｂは、
振幅制御方式で連続鋳造を行なうときの振幅変化
のグラフである。第６図と第７図は、それぞれ、
鋳型振動方式の連続鋳造装置の正面図と平面図で
ある。第８図は、鋳型振動速度の時間依存性のグ
ラフである。第９図ａ，ｂ，ｃは、鋳型振動方式
での連続鋳造におけるオツシレーシヨンマークや
偏析の発生を示す鋳片の部分断面図である。第１
０図は、オツシレーシヨン欠陥発生率のグラフで
ある。第１１図は、加振周波数が共振域にあると
きの鋳型振動速度の時間依存性のグラフである。
第１２図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、ブレークアウト
発生の状況を説明するための図である。 １……加振シリンダ、２……振動梁、３……振
動ガイド、４……鋳型、５……給水フレーム、６
……支点、７……架台、８……電気油圧サーボ装
置、１１……鋳片、１２，１２，… ……オツシ
レーシヨンマーク、１３，１３，… ……正偏
析、１４，１４，… ……負偏析、１５……溶
鋼、１６……鋳型、１７……凝固シエル、１８…
…溶融スラグ、１９……粉状スラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 梁で支持された鋳型を上下に振動させる連続
   鋳造における鋳型振動方法において、 鋳型の加振周波数が梁の固有振動数の（2/3）
   の振動数と５Hzとの間の範囲内に且つこの範囲内
   にある共振域を避けて設定されることを特徴とす
   る連続鋳造における鋳型振動方法。